熱縮刀柄的創(chuàng)新設(shè)計
2023-7-11 來源：伊斯卡技術(shù)經(jīng)理 作者：Andrei Petrilin
在金屬切削刀具領(lǐng)域的認知中，刀具夾持技術(shù)似乎停滯不前。專家們也表示，HSK刀柄的技術(shù)設(shè)計和應(yīng)用的劃時代的變化早在三十年前就結(jié)束了。在切削刀具中，夾持是最保守的部分，很少出現(xiàn)創(chuàng)新性的思考。那么刀具夾持系統(tǒng)是否真的走到了死胡同，前景渺茫呢？
事實上盡管較為緩慢，刀具夾持系統(tǒng)仍在發(fā)展。這種發(fā)展反映了現(xiàn)代金屬加工的要求。新的技術(shù)催生了對機床和切削刀具的新需求，從而產(chǎn)生了刀具夾持的解決方案，這些解決方案仍然是加工過程中不可或缺的一環(huán)，它將切削刀具與機床物理連接起來。盡管金屬切削的這一分支并未發(fā)生實質(zhì)性的變化，但前進的腳步并未停止且緊隨著新技術(shù)的發(fā)展步伐。
新的發(fā)展
新的發(fā)展專注于提高刀柄及其機械系統(tǒng)的性能。機械系統(tǒng)的主要功能特性的改進包括強度、剛性、夾緊力、精度和減振性能幾個方面。另一方面指的是新時代的金屬切削技術(shù)，該技術(shù)為金屬加工領(lǐng)域的創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。
使用高速刀具系統(tǒng)是高速加工（HSM）的特點。因此，設(shè)計和生產(chǎn)帶動平衡的刀柄，才能在不斷增加的離心載荷下運行（切削），并滿足現(xiàn)代HSM高速加工的要求。這使得熱縮刀柄處于金屬加工技術(shù)的前沿，并在設(shè)計生產(chǎn)前考量基本的理論平衡參數(shù)，滿足工程平衡概念。現(xiàn)代CAD系統(tǒng)環(huán)境中的三維建模大大擴展了工程平衡的可能性。由于工程平衡與虛擬物體有關(guān)，它就無法與真實的刀柄的“物理”平衡產(chǎn)生聯(lián)系。然而，工程平衡設(shè)計減少了潛在產(chǎn)品的質(zhì)量不平衡，同時使“物理”平衡更加輕松。
在切削各種零件材質(zhì)時，在切削部位有效地輸送冷卻液可顯著提升冷卻和潤滑效果。從而合理提升加工參數(shù)、延長刀具壽命。提高冷卻能力是刀柄技術(shù)進步的另一個方向。將增材制造（AM）與計算機流動建模相結(jié)合成為了流行趨勢，為優(yōu)化冷卻液輸送路徑開辟了新的前景。
此外，改進冷卻液輸送的理念也存在于冷卻液驅(qū)動的調(diào)速器中，這個設(shè)計是通過加工中心的冷卻系統(tǒng)實現(xiàn)的。這樣一來，便提升了機床進行高速加工的能力，從而將機床效率提升至了一個新的高度。
有了模塊化刀具，即可實現(xiàn)采用有限的標準品來快速組成各種形式的刀具。從而有助于減少刀具的庫存以及對非標刀具的依賴。因此，多功能、可靠的模塊化刀具仍然是金屬加工領(lǐng)域發(fā)展的主題。
在加工系統(tǒng)中，機床、刀柄、夾具和工件的動態(tài)行為的優(yōu)化，都有助于提高金屬加工性能。刀柄的減振性能在這一過程中起著重要作用，尤其是在長懸深的加工應(yīng)用中，加工中增加切削速度和轉(zhuǎn)速對刀柄制造商提出了優(yōu)化解決方案的要求。
現(xiàn)代加工的數(shù)字化為未來的智能工廠奠定了基礎(chǔ)，并突出了刀柄的數(shù)字部件。正是物理傳感器和傳統(tǒng)設(shè)備、CAD/CAM中計算機建模的數(shù)字孿生的進步和虛擬制造系統(tǒng)，以及物聯(lián)網(wǎng)（IoT）構(gòu)成了現(xiàn)代金屬加工的新趨勢。改善加工工藝的需求，促使刀柄制造商利用虛擬刀柄模型重新對其產(chǎn)品進行優(yōu)化設(shè)計和制造。
速度、冷卻和穩(wěn)定性
伊斯卡的X-STREAM SHRINKIN刀具夾持系列目前包括SRX-CX熱縮夾持桿，該夾持桿帶有沿桿壁厚中的冷卻液噴射通道。
熱縮夾持設(shè)計起初用于高速加工操作，其特點是最薄的熱縮夾持桿壁厚，帶直達切削刃的冷卻液。伊斯卡的新款夾持設(shè)計擴展了刀柄的應(yīng)用范圍，尤其是在銑削深腔和方肩時。精準的高壓冷卻射流可以實現(xiàn)更好的斷屑，以及控制鐵屑流向，避免損傷零件和刀具，也能有效防止積屑瘤附著在切削刃口。這樣使得即便在外冷壓力不足的機床上也能實現(xiàn)深腔的高效銑削加工。（圖1）
作為熱縮夾持理念的延續(xù)，伊斯卡推出了帶錐形刀座的熱縮刀柄，可直接安裝在標準ER夾頭和從動裝置上。該刀柄用于夾持直徑相對較小的刀具（3-12 mm）。刀座的優(yōu)化設(shè)計使得連接剛性可靠。刀柄結(jié)合了熱縮的優(yōu)勢、優(yōu)異的冷卻液流向以及夾持牢固的安裝，確保了刀具的高性能。（圖2）
NEOCOLLET是一個新的刀具夾持系列，它也成功應(yīng)用了在ER夾頭中安裝整體刀柄的概念，可以替代用常規(guī)彈簧夾頭來夾持刀具。
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高壓冷卻液驅(qū)動的Micro 90 Jet主軸是一個小型增速器，用于夾持刀具在常規(guī)難以觸達的區(qū)域進行加工，它僅由六個部件組裝而成。可以實現(xiàn)35000至53000 rpm的轉(zhuǎn)速，同時機床主軸保持待機狀態(tài)。（圖3）
WHISPERLINE鏜桿有一個內(nèi)置的防振機制，內(nèi)帶有一個輔助質(zhì)量浸沒吸收劑。該鏜桿可以在大懸伸下進行穩(wěn)定切削。伊斯卡推出了符合ISO26623標準的多邊錐形動力夾頭，適配VDI連接的刀柄和套筒式刀座，擴展了鏜桿夾持的解決方案。（圖4）
用于ER11夾頭的超精密彈簧夾頭和用于液壓夾盤密封減速套的新設(shè)計，拓展了伊斯卡刀具夾持系列中的“常規(guī)”產(chǎn)品。
虛擬組裝
伊斯卡的電子樣本為伊斯卡標準產(chǎn)品提供了虛擬組裝和數(shù)字演示選項，包括刀柄及附件，如拉桿螺栓、固定螺釘?shù)取?/font>
由此可見，關(guān)于刀柄在金屬加工行業(yè)停滯不前的說法為時過早。新的發(fā)展指的并不是翻天覆地的變化，但發(fā)展的方向迎合了金屬加工行業(yè)日益增長的需求，將刀柄帶到了一個全新的發(fā)展軌道上。
伊斯卡刀具夾持技術(shù)的未來是振奮人心、充滿潛力的。隨著伊斯卡公司創(chuàng)新解決方案的不斷發(fā)展，刀柄將日益完善，能夠滿足現(xiàn)代金屬加工行業(yè)的需求。
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